Азы абразивной обработки

Анна Руденко

       Традиция использовать абразивы уходит корнями в далекое прошлое. Индейцы майя, еще в девятом веке до нашей эры, для того, чтобы украсить зубы драгоценными вставками, просверливали в них отверстия, вращая полую трубочку с нанесенным на нее мелко истолченным в воде кварцем. Это одно из первых документальных свидетельств применения абразивных технологий. Сегодня же область использования абразивов и вовсе необъятна: от каждодневной чистки зубов до высокого искусства балета, воздушные балерины – и те не могут обойтись без абразивов, пуанты необходимо шлифовать.

       ABRASIO, от латинского – СОСКАБЛИВАЮ
Абразивы – это твердые мелкие частицы, используемые в свободном или связанном виде для механической обработки изделий. Принцип их действия заключается в удалении материала обрабатываемой поверхности острыми выступами абразива. При этом от абразивных частиц, имеющих, как правило, кристаллическую структуру, откалываются микроскопические крупицы, образуя новые рабочие кромки. Основные характеристики абразивных материалов – микротвердость, механическая прочность, хрупкость и размер зерна.

       Материалом для изготовления абразивов могут быть как продукты природного происхождения, так и искусственно созданные. Искусственные применяются шире, отчасти из-за химического состава и физико-механических свойств. Из большого списка искусственных абразивов широкое распространение получили синтетический алмаз, карбиды бора и кремния, кубический нитрид бора (торговая марка – эльбор), электрокорундовые материалы. Особое значение имеют сверхтвердые абразивные материалы, к которым относятся алмаз и кубический нитрид бора. Инструменты из алмаза эффективны при обработке хрупких и высокотвердых материалов, при чистовом шлифовании, заточке и доводке твердосплавных режущих инструментов, хонинговании. Однако для алмазного инструмента есть ограничение: при обработке сталей происходит диффузионный износ шлифовального зерна, так как углерод из алмаза отбирается сталью. Поэтому стали обрабатываются инертным для них эльбором. В свою очередь, эльбор вступает в химическую реакцию с твердыми сплавами, – здесь необходимы алмазные абразивы.

       ТРИ АБРАЗИВНЫХ КИТА
Абразивные инструменты принято делить на три вида: гибкие, жесткие и инструменты в виде свободных абразивов и паст.Свободный (несвязанный) абразив и пасты вызывают меньше всего вопросов. Если вы в походе вышли к водоему, чтобы почистить песком закопченный котелок – вы воспользовались свободным абразивом. Пастами называются смеси абразивных материалов с неабразивными различной густоты, от твердых брикетов до абсолютно жидких. В качестве связки в пастах используются жиры и масла, главным образом, олеин, стеарин и вазелин. Характеристики паст следующие: используемый абразивный материал, зернистость, рецептура неабразивных материалов, концентрация, консистенция. И пасты, и свободный абразив используются для операций доводки.

       ГИБКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
К ним относятся шлифовальные шкурки, ленты, лепестковые круги, сетчатые и фибровые диски, щетки из абразивонаполненных волокон.Шлифовальная шкурка (или наждачная бумага), представляет собой измельченный абразивный материал, нанесенный на основу из бумаги, ткани или синтетического материала. В зависимости от клеящего элемента, они могут быть водостойкими или нет. Из шкурки можно вырезать ленты различной длины и ширины. При склейке концов получается «бесконечная лента». Также из шкурки вырезаются лепестковые круги, хорошо обрабатывающие детали со сложным профилем.

       Сетчатые диски получаются путем нанесения абразивного материала на сетчатую основу и используются для полирования и зачистки поверхностей. Жесткие сетчатые диски, изготовленные на основе стекловолокна и лавсана, пригодны для разрезки небольших деталей из дорогостоящих материалов. Если бы герои «Золотого теленка» использовали этот инструмент для распиливания «золотых» гирь, они бы и устали поменьше, и безобразной драки на берегу могло бы не случиться.Если нанести абразивный материал на фибровую основу (целлюлоза, пропитанная хлористым цинком), то получится фибровый диск для зачистки и полирования. Для подготовки поверхности к нанесению грунта и краски, например, для кузовных работ, такой диск незаменим.

       И, наконец, существуют щетки различной формы с металлической или синтетической «щетиной». Щетки применяются для удаления заусенцев, очистки поверхности от окалины, ржавчины, лака и краски, обработки сварных швов, а также для отделки поверхности: матирование, сатинирование, шлифование. Рабочий материал щеток варьируется от стальной и латунной проволоки до пластмассы с карбидом кремния. По структуре проволока может быть плетеной, не плетеной и гофрированной.

       ЖЕСТКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
       Инструменты фиксированной формы – это круги всех типов, кольца, сегменты, шлифовальные головки, бруски. Помимо абразивного материала определенной зернистости в состав этого вида инструмента входят органическая или керамическая связка и упрочняющие элементы. Инструменты на основе органической связки имеют тепловые ограничения, что требует осторожного использования охлаждающих жидкостей, и подвержены воздействию щелочей. Но эластичность органики делает незаменимым такой инструмент для операций по снятию больших припусков, например, при обдирке.Плюсы керамической связки – высокая огнеупорность, химическая и водостойкость. К их недостаткам относится хрупкость и, как следствие, непригодность для работ с высокой ударной нагрузкой. При этом керамическая связка хорошо «держит» форму, что важно при высокоточном шлифовании, имеет высокую износостойкость и выдерживает высокие температуры. К жестким абразивным инструментам относятся также и многочисленные напильники, рашпили и надфили.

       ШЛИФОВКА – ДЕЛО ТОНКОЕ
       Шлифовальные операции делят на предварительное и чистовое шлифование. Примером первого этапа может служить обдирка, то есть удаление больших припусков, которая производится крупнозернистыми обдирочными кругами на органической связке. Обдирка позволяет, например, зачищать дефекты отливок.При чистовом шлифовании снимается основной припуск, придается форма и достигаются конечные размеры детали. Добиваются этого при помощи различных шлифовальных кругов, подобранных в соответствии с обрабатываемой поверхностью.

       СПЕЦИАЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
       Хонингование – отделочная (чистовая) обработка внутренних цилиндрических поверхностей абразивными мелкозернистыми брусками, закрепленными в специальных «держателях» брусков – «хонах». Это финишная операция, дающая высокую точность обработки: величина припусков при хонинговании не превышает 0,1 – 0,2 мм. Бруски чаще всего изготовляются из электрокорунда и карбида кремния зеленого. Качество автомобильных цилиндров зависит именно от этой операции, потому что малейшая шероховатость немедленно скажется на здоровье “железного коня”. Суперфиниширование также характеризуется очень малым съемом материала, позволяет полностью избавиться от волнистости поверхности, удалить дефектный слой металла, возникающий при предшествующих операциях. После суперфиниша образуется поверхностный слой без структурных изменений, что крайне важно для деталей, работающих в условиях трения. Бруски для суперфиниширования изготавливаются из тех же материалов, что и инструмент для хонингования. Детали из бронзы, латуни и других цветных металлов обрабатывают в два приема, меняя мягкие бруски на более твердые. Использование инструмента из эльбора на керамической связке придает процессу обработки стабильность.Галтовка – процесс очистки поверхности небольших заготовок и деталей от заусенцев, окалины, формовочной земли, коррозии и для полирования. Этим способом можно обрабатывать одновременно большое количество деталей, причем они могут быть разных размеров и форм. Во вращающихся барабанах детали избавляются от всевозможных дефектов, перечисленных выше. Перфорированные барабаны, помещенные в водные растворы, используются для полирования. В качестве абразивов применяется бой шлифовальных кругов или специально сделанные из различных материалов галтовочные тела (конусы, призмы, цилиндры). Более аккуратная обработка получается в вибрационных камерах с абразивные наполнителями. В отличие от барабанов, тонкостенные и хрупкие детали обрабатываются здесь без повреждений. Вибрационное шлифование обеспечивает обработку закрытых и внутренних поверхностей.

       ПРОРЕЗКА, ОТРЕЗКА, ЗАТОЧКА
       Прорезка и отрезка отрезными кругами экономична и дает нужный срез, часто не требующий дополнительной обработки. Отрезать кусок металла абразивным кругом, вращающимся на большой скорости, наиболее простой способ.Заточка и доводка режущих инструментов предпочтительнее на кругах с бакелитовой связкой как более прочных, в две операции. Круги из эльбора делают наиболее качественную заточку, так как обладают высокой режущей способностью, равномерным износом и отсутствием прижогов. ПОЛИРОВАНИЕ Операцию можно разделить на два этапа – предварительное и зеркальное полирование. Один из способов полирования – использование войлочных и матерчатых кругов и головок в сочетании со шлифовальными пастами. Выбор зернистости пасты зависит от требуемого качества. Для достижения максимального блеска необходимо последовательно менять пасты различной зернистости, начиная с более грубой, в процессе работы не забывая менять и сами полирующие круги. Детали сложной формы обрабатываются жидкостным полированием, когда жидкость под определенным давлением и углом распыляется по поверхности изделия. В зависимости от обрабатываемого материала здесь применяются зерно, порошки или микропорошки из электрокорунда, карбида кремния или гранулированного кварцевого песка. В результате получается матовая поверхность без следов обработки, прижогов и микротрещин, кроме того, процесс повышает износостойкость материала.Однако главное – не перестараться и помнить государственной важности открытие Левши: «у англичан ружья кирпичом не чистят: пусть чтобы и у нас не чистили, а то, храни бог войны, они стрелять не годятся».